国内页岩油炼化深加工存在的误区

袁 帅 蔡 辰 徐晓宁

（远东页岩炼化有限公司，辽宁 抚顺 113015）

页岩油深加工的研究是最近20年来的一个热点［1-2］，国内很多大学和科研机构进行了大量的研究。由于汽油和柴油属于刚性需求产品，页岩油的炼化深加工自然成为了首选，但国内对页岩油的研究工作还不够全面，导致页岩油加工过程中的一些环节缺失设计依据，存在设计上的缺陷，这为装置的经济性与安全运行埋下很多未知的隐患。

1 页岩油加工的主要工艺流程

1.1 预处理加氢

由于页岩油中的硫、氮含量都较高（见表1），所以预处理加氢的主要目的是脱除页岩油中的硫、氮、氧，同时脱除大部分金属杂质。与原油相比，页岩油的含氮量更高，所以页岩油加氢脱氮尤为重要，而且页岩油为页岩干馏所得，属于二次加工产品，预处理加氢的作用还包括二烯烃饱和以提高装置长周期运转。

表1 原料页岩油特性

影响页岩油加氢过程的主要因素有：反应压力、反应温度、原料的性质和催化剂等。

（1）反应压力的设计

加氢裂化反应是一平行连串反应，一方面多环芳烃加氢成轻芳烃，另一方面轻芳烃本身加氢然后裂化成烷烃。提高反应压力可使催化剂使用周期延长，这是因为反应压力的提高，促进了含氮化合物的加氢裂解并抑制了缩合反应。反应压力不仅是一个操作因素，而且也关系到工业装置的设备投资和能量消耗。

实验要求反应压力选择在15.7 MPa以上进行，为了保证反应的深度和装置的处理能力，工业生产选择一般在18.5 MPa以上进行。

（2）反应温度的设计

一般加氢裂化所选的温度范围比较宽（260～400℃），在页岩油加氢裂化过程中由于有表面积炭，催化剂的活性逐渐下降，为了保持反应速度，需将反应温度逐步提高。

页岩油中氮化物的存在会使催化剂的酸性活性降低，为了保持所需的反应深度，必须提高反应温度。

（3）空速和氢油比的设计

在加氢裂化条件下，提高空速时，总转化率虽然降低不多，但反应产物中轻组分含量下降较多。因此，在实际生产中，改变空速也和改变反应温度一样，是调节产品分布的一种手段。

从热力学上看，高氢分压对加氢反应有利，同时也能抑制生成积炭的缩合反应，而维持较高的氢分压是通过大量氢气循环来实现的。因此，页岩油加氢过程所用的氢油比大大超过化学反应所需的数值。提高氢油比可以提高氢分压，这对反应是有利的，但却增大了动力消耗，使操作费用增大，因此要根据具体条件选择最适宜的氢油比。此外，加氢过程是放热反应，大量的循环氢可以提高反应系统的热容量，从而减小反应温度变化的幅度。

一般建议空速选择在0.5～1.0 h-1，氢油比为900～1 000。

1.2 催化裂解

加氢尾油催化裂解采用的是两段提升管催化裂化多产丙烯（TMP）技术，在研究丙烯生成规律的前提下，通过工艺技术和催化剂性能的密切配合，提出的一种全新的多产丙烯技术。该技术的特点是通过工艺条件的优化和催化剂性能的匹配，实现大幅度提高丙烯收率的同时，兼顾高辛烷值汽油和可接受十六烷值柴油的生产。

具体的操作为：一段进新鲜催化裂解原料，在相对缓和的条件下，多产丙烯和高烯烃含量的汽油；二段进行高烯烃含量汽油的回炼，同时进回炼油和回炼油浆，两者采用组合进料，反应在相对苛刻的条件下进行。两段多产丙烯，同时会生成大量的丁烯，在丁烯没有好的出路的情况下，还可以进行这部分产物的回炼，从而进一步增产丙烯。

液化气经过气分得到大约30%的主产品丙烯，实际生产中，根据丙烯、汽柴油的价格对比来决定生产方案。

2 影响装置经济效益的因素

2.1 页岩油腐蚀性的影响

由于页岩开采现场是开放的，页岩的空隙中必然含有一定量的空气，导致在页岩干馏过程中，氧气和氮气参与了页岩油的干馏反应，其中氧生成了醇、酚等化合物，而氮生成了氮化物，这些物质都有一定的腐蚀性。因此说，页岩油对加工设备的腐蚀性要远远高于原油［3］。

从现有文献检索看，页岩油深加工过程中对腐蚀性的研究还处于起步阶段，作为设计依据的数据非常有限。为了保险起见，设计时只有通过提高设备材质要求来保证装置的运行安全，在失去了科学性的同时，装置投资一定程度上随之加大，同时给装置的运行也增加了不确定性，成本的大幅度提高，给装置市场竞争造成了巨大的影响。

事实上，为了保证装置的运行寿命和操作安全，高压设备和管道的设计上不得不降低硫和磷的含量，管道采购也提高了公差要求，同时增加了壁厚，由于没有依据，增加的幅度本身就具有较大的盲目性。

2.2 页岩油化学活性的影响

天然原油是油田开采所得，原油从地下到地上，其生产过程以密闭的物理过程为主，原油的化学组成几乎没有变化，可以称之为“一次油”［4］。与天然原油不同的是，页岩油是油页岩干馏的产物，很多组分具有非常高的化学活性，其生产是以化学为主的干馏过程，因此往往称页岩油、煤焦油等为“二次油”。“二次油”比“一次油”具有更多的不需要的化学活性，这给页岩油深加工的设计增加很大难度，这些问题不解决，页岩油深加工的设计就是相对盲目的。

2.2.1 页岩油低温聚合特性的影响

页岩油的化学活性首先体现在低温聚合，聚合的页岩油能够造成管道、设备和催化剂的堵塞，加上页岩油中铁、镍金属离子的影响，很容易在催化剂上形成催化剂盖，俗称“盖头”，有可能造成停产、停工，提高了装置的运行成本。

从文献检索看，页岩油的低温聚合特性已经有一定的研究，但是研究程度不够深入，系统动力学的研究很少。为了防止其对催化剂的损伤，设计上通过增加预饱和反应器来解决页岩油的低温聚合问题，本身就具有一定的盲目性。

2.2.2 页岩油黏温特性的影响

大部分原油在加工前都要完成黏温特性的研究，这为原油的储存和管道运输的能耗计算提供了设计依据，也为原油的加工流程计算提供了技术支持。

黏温特性就是指黏度与温度之间的函数关系，在公开发表的论文和成果中，目前国内还没有页岩油黏温特性的研究，更没有针对性的黏温特性曲线，页岩油的管道运输设计只能是凭经验。

2.3 页岩油流变特性的影响

油品流变特性的研究为管道直径、材质和内表面精度提供设计依据，也为管道检修周期计算提供依据。

由于一直没有流变特性数据，页岩油的管道设计都是人为估计的，会有很大的偏差，甚至影响生产操作，通过增大投资来满足装置要求，这也加大了页岩油的深加工成本。

由于黏温特性和流变特性的缺失，页岩油输送管道的检修周期就无从谈起，一旦发生管道堵塞，对深加工成本的影响是巨大的。

2.4 金属含量的影响

对页岩油加工影响的金属主要有铁、镍、钒、铜，主要的影响因素是铁、镍的含量。页岩油是油母页岩低温干馏的产物，由于干馏过程中少量氧的存在，生成了很多有机酸性物，这些酸性物质能够腐蚀金属管道和设备，由于金属设备的材质主要是铁，被腐蚀的铁元素进入到了页岩油组分之中。

为了脱除页岩油中的铁、镍、钒、铜等金属，设计上需要引入电脱盐系统，在消耗破乳剂的同时，还必须同时使用脱金属剂。

3 页岩油性质定位对深加工方案的影响

页岩油是油母页岩的有机质受热分解生成的产物，传统上被称为“人造石油”，也许是受这一定义的影响，早期文献对页岩油定性的描述大都定位为“类似天然石油”。受页岩油定位为“类似天然石油”的影响，现有的页岩油深加工路线多数是参照天然石油的加工技术进行开发的，认为石油加工工艺一般都适用于页岩油的加工［5］。

页岩油性质定位的失误，也为页岩油深加工设计埋下了诸多隐患，甚至是较大的隐患。

页岩油与低温煤焦油的硫、氮、氧杂质含量差别较小，凝点、闪点数据也非常接近，甚至灰分、残炭和硫质量分数也比较相近，可以说页岩油与低温煤焦油在化学组成和性质上非常接近。

页岩油与天然原油相距甚远，而与低温煤焦油非常接近，可以说，将页岩油性质定位于“类似低温煤焦油”是科学的。由于低温煤焦油的加工研究起步较早，很多成果具有很好的借鉴作用，将页岩油定位为接近低温煤焦油。因此将页岩油定位于低温煤焦油，有利于页岩油深加工技术的研究。

4 结语

目前页岩油深加工的研究方向和结果都存在一定的问题，以目前的技术积累，页岩油深加工设计和建设还存在较大的经济风险。页岩油深加工明显存在设计依据不足，建议尽快将流变特性、黏温特性研究作为科研课题进行深入研究，为页岩油的深加工技术提供足够的设计依据。